十字轴万向节建模及有限元分析

十字轴式万向联轴器的结构优化和疲劳分析在计算机技术高速发展的今天,有限元法和虚拟样机法得到了巨大的发展。

近年来,基于有限元、多体动力学和疲劳理论的零部件的疲劳与强度分析也成为了产品设计的研究热点之一。

万向联轴器是机械传动系统中的关键组成部分,其中十字轴式万向联轴器结构简单、可靠性强,在汽车传动轴及轧制领域应用广泛。

万向节联轴器在使用过程中承受不断变化的交变载荷的作用,容易发生疲劳破坏,因此疲劳强度设计对万向节联轴器必不可少。

早期对构件强度与疲劳分析采用的是建立物理样机实验的方法,这种方法实验成本高并且周期长,不利于提高企业生产率,而本文利用有限元技术和虚拟样机技术对某型号十字轴式万向联轴器的关键零部件进行有限元分析和疲劳寿命预测可以有效的缩短其研发周期。

首先,本文建立了某型号卡车的万向节联轴器的有限元模型,对其关键部件十字轴和万向节叉头进行了静态强度分析,在其强度分析结果的基础上对十字轴和万向节叉头进行拓扑优化分析并对其结构进行修正。

其次,建立传动轴有限元模型并对其进行模态分析,依据其固有频率对传动轴的临界转速进行校核。

基于模态应力恢复方法对十字轴万向节联轴器中的十字轴与万向节叉头进行了疲劳分析。

利用ANSYS获得了拓扑优化前后十字轴的柔性体即模态中性文件用于替换Adams中万向联轴器多刚体模型的对应零件,形成传动轴试验台的刚柔耦合仿真模型;对模型进行刚柔耦合仿真得到其关键零部件疲劳分析所需的载荷谱文件,将载荷谱文件导入到Ncode design life中,对优化前后十字轴与万向节叉头进行疲劳分析,获得了优化前后十字轴与万向节叉头在特定工况下的疲劳寿命的分布和最小疲劳寿命的分布点。

最后,对优化前后的十字轴与万向节叉头零件的疲劳寿命、质量和强度进行分析对比并做出评价。

发现优化后十字轴零件质量减少了5.56%,在满足十字轴强度要求条件的下其疲劳寿命有着明显提高;万向节叉头零件质量减少了8.96%且仍可满足其强度要求,其疲劳寿命有虽轻微下降,但仍满足使用要求。

万向节十字轴总成失效分析和设计改进作者：万向钱潮股份有限公司高天安万向节（见图1）的主要作用是在不同轴线上的轴之间传递旋转转矩，它被广泛应用于各类卡车的传动轴联接轴节叉之间，通常在使用过程中万向节十字轴上的滚针轴承不是作旋转运动，而是作旋转摆动的运动，其载荷呈交变的周期变化。

本文通过对重型载车用WX0082万向节十字轴总成寿命不足失效件的失效形式、失效原因、结构参数及材料等方面采用有限元分析和性能对比等方法进行全面分析，对产品的综合性能进行了设计改进。

失效机理分析1.斜压印笔者从某公司三包服务处提供的三包退回失效件中观察到，十字轴轴颈斜压印情况比较严重，轴承套圈内壁也产生相应的压印，但深度要比十字轴轻。

经分析，安装在万向节总成上的轴承，当轴承圆周总间隙较大时，滚针易产生歪斜，致使十字轴轴颈产生与轴线倾斜一定角度的压印，当压印深度扩展较深时，滚针就不能自转，因此使摩擦阻力增大，加剧压痕的延伸。

其合适的圆周总间隙应控制在0.1～0.4mm范围内，JB/T3232中给定的圆周总间隙为不超过0.5mm。

2.疲劳剥落在传动轴摆角较小的使用状态下，万向节总成上的滚针轴承内径与十字轴轴颈在较小角度范围内反复摆动，当十字轴与轴承径向游隙随着磨损而扩大时，会导致产品载荷集中，载荷大的地方就会过早地产生疲劳压痕，从而发展成为大面积的疲劳剥落。

特别是在十字轴轴头处，由于应力集中影响，其受载部位的倒角几乎全部被啃掉，严重时会在高温状态下出现烧结现象。

3.缺油烧蚀由于在使用过程中用户不按期加注润滑油或由于万向节上的轴承密封不好，导致轴承早期失油以及防尘罩材料不耐低温，油封唇口在冬季寒冷气候下产生老化裂纹，使润滑脂早期流失。

另外，万向节总成在运行中因缺油而产生高温，使轴承与轴径咬死，致使滚针折断以及密封和防尘外罩损坏，套圈表面有烧蚀痕迹，这种失效形式均属于非正常失效形式。

4.滚针失效笔者从万向节总成失效样品中观察发现，大多数滚针表面都存在麻点、麻坑和大面积疲劳剥落，少数滚针头部被折断，少数滚针在离滚针头部1.5mm左右处存在较大麻坑和啃伤现象，滚针断裂大部分也是从此处断裂，这种情况的发生主要与轴承结构尺寸参数及圆周总间隙设计有关。

对十字轴式万向联轴器强度分析及改进设计的探究十字轴万向联轴器是一种非常普遍使用的联轴器俗，联轴器属于机械通用零部件范围，是连接原动机和工作机的重要部件，用途非常广泛，在汽车制造、工程运输、造纸机械等众多领域都有较为广泛的应用。

然而，目前十字轴式万向联轴在实际使用中经常出现折断、轴承座的连接螺栓不牢固、叉架变形和折断现象等，因此，十字轴式万向联轴器的质量亟需得到提高，本文主要对十字轴式万向联轴器出现的问题及解决对策进行分析。

2、十字轴式万向联轴器存在的问题2.1轴承座间隙松动、节叉空出现磨损和变形十字轴式万向联轴器是一种通用的传动基础零件，用来联接不同机构中的两根轴，即主动轴与从动轴，让它们可以一起旋转，进而实现传递扭矩的作用。

十字轴的受力点在十字轴的轴头处，轴承座给十字轴的压力来源由滚针轴承承担，不管是滚针、十字轴、轴承座内表面出现了损坏，都会影响轴承座间隙导致其产生松动现象。

由于节叉刚度非常差，在经过长期的工作后，节叉空就会出现磨损和变形的问题，这些都会使节叉和轴承的工作配合度降低，出现震动和冲击的现象，导致滚动体之间相互的碰撞，这样不但会让磨损处更加严重还会发出非常大的噪音。

2.2产生冲击现象法兰叉架和轴承座可以算是悬臂梁结构，轴承座内孔圆四周表面一侧承担压力而另外一侧不受力，轴承座受的力通过连接轴承座的螺栓，让螺栓承担压力，所以螺栓的承受力就非常重要。

螺栓的承受力让上轴承和下轴承接触面内出现了接触压力，如果承受力增加那么接触压力也随之增加。

所以，这种承受力的变化是随着传递扭矩的增加而增加，如果承受压力非常小，而传递扭矩非常大，那么受力侧的上下轴承座间的压力很有可能会变为零，这时上下轴承座就会产生间隙，如果扭矩减小时，间隙就会消失，这个时候就会出现冲击现象。

为了让其正常转动，与其对称的另一个轴承座就会承担更大的压力当轴承座承受不住压力时就会出现断裂的现象，这些问题会降低十字轴的使用寿命。

同时，如果螺栓的承受力太大，螺栓的拉力也会增加，这样的话螺栓会很容易被拉断，所以螺栓的承受力必须根据不同的扭矩来确定一个范围，保证上下轴承座的完全接触状态。

基于万向联轴器的ANSYS有限元分析摘要: 通过ANSYS,本文对十字万向联轴器叉头进行了建模、划分网格、建立接触对、施加载荷受力等，并以此步骤完成了万向联轴器的有限元分析。

继而提出了改进设计的可行性方案，以避免在其规定的寿命内发生失效的情况。

关键词：万向节；联轴器；ANSYS；有限元1前言实际生产中，万向联轴器接手处会经常出现失效的情况，甚至可能发生断裂。

十字万向联轴器的部分结构如下图1所示。

图1 十字万向联轴器结构图在设计之前，对用有限元ANSYS软件对实体进行建模、结构应力分析等相关实例的参阅是非常有必要的，大量文献的研读便于了解在设计时遇到的相关的命令流。

以所要分析的十字双万向联轴器叉头的结构图为基础，用ANSYS软件对其进行建模。

这将作为有限元分析的关键步骤，直接影响到静力分析结果的可靠性。

根据以往的分析和具体实例，总结出建模方案有二：其一，根据图1所示的结构图，用Cylind（圆柱命令流）实现直接对结构图的实体创建；其二，根据图纸上所的标注尺寸进行找点，即以关键点的顺序将点连接起来而形成一个面，然后此面围绕中轴线进行旋转，生成实体。

经过具体设计，由于其结构中的锥面造型建模复杂度较高且其结构条理不清晰，对结构应力的分析时，会产生影响，使分析有着较大的误差，因而舍弃方案一。

再加上对坐标系的创建和建模条理清晰等因素的考虑，最终确定方案二。

为便于后面的结构应力分析，在建模的过程中的某些细节部位（如：螺栓等）最后分析的结果的影响较小，同时考虑划分单元网格划分时的合理性，所以这里将叉头和接手并为一体。

2 创建单元类型用三维实体SOLID45单元对实体模型进行单元划分，以ET,1,solid45定义命令流的形式。

3定义材料特性及密度用42CrMo4作为接头的使用材料，其特性参数为：屈服极限σs=600MPa，泊松比μ=0.3，弹性模量E=2×1011 Pa，切变模量E=2×109 Pa。

汽车十字轴万向节转向机构的运动学设计及优化汽车十字轴万向节是汽车转向机构中的重要部件，它将发动机转动的动力传递到车轮上，并使车轮能够转向。

因此，其运动学设计与优化对于汽车的性能和安全性具有重要的影响。

首先，设计过程中需要确定汽车的转向角度和转向半径。

根据车辆类型和用途的不同，转向角度和转向半径也会有所不同。

在此基础上，为了保证行驶过程中的稳定性和减少悬架系统的干扰，需要使转向角度和转向半径尽可能小。

其次，汽车十字轴万向节的尺寸和角度也是需要优化的关键因素。

为了降低能量损失和减少零部件的磨损，需要使汽车十字轴万向节能够充分利用发动机的扭矩。

同时，还需要注意其角度和尺寸的合理性，以充分挖掘发动机的潜力，并减少整个转向机构的摩擦和能量损失。

此外，乘坐舒适度也是运动学设计中需要考虑的另一个重要问题。

汽车十字轴万向节在高速行驶时会产生噪音和震动，这对于乘客的舒适度会造成一定的影响。

优化汽车十字轴万向节的设计，可以减少噪音和震动，提升车辆乘坐舒适性。

最后，需要在运动学设计中考虑其制造成本、易用性和可靠性。

制造成本是衡量汽车零部件重要指标之一，优化设计可以有效降低生产成本。

同时，易用性和可靠性也是设计的必要要求，目的是提高汽车使用的安全性和便捷性。

总之，汽车十字轴万向节的运动学设计及优化需要考虑多个因素，包括转向角度和转向半径、尺寸和角度、乘坐舒适度、制造成本、易用性和可靠性等。

只有在全面考虑这些因素的基础上进行优化，才能充分发挥十字轴万向节的性能优势，提高汽车行驶的安全性和舒适性。

除了设计和优化，汽车十字轴万向节的使用寿命也是需要考虑的重要因素。

长期使用会导致其表面磨损和金属疲劳，从而影响转向效果和安全性。

因此，定期保养和更换十字轴万向节是保障汽车行驶安全的必要措施。

此外，在具体的运动学设计过程中，需要利用计算机辅助设计和分析技术。

通过对十字轴万向节的参数、材料和应力分析等，可以有效地评估其性能和可靠性，以及预测其损坏和寿命。

十字轴万向节建模及有限元分析
建模主要涉及以下几个步骤：
1. 创建十字轴万向节的几何模型。

使用CAD软件，如SolidWorks或CATIA，绘制十字轴万向节的细节，包括其轴、连接杆、球头等部分。

2.导入几何模型。

将绘制的CAD模型导入有限元分析软件，如ANSYS
或ABAQUS。

确保准确导入，并调整模型的比例和尺寸。

3.设置材料属性。

为十字轴万向节的各部分分配适当的材料属性，如
弹性模量、泊松比和密度。

这些属性可以从材料手册或实验数据中获取。

4.设定加载条件。

根据实际工作条件，为模型设置加载条件，例如施
加在轴上的转矩或扭矩。

5.网格划分。

将几何模型进行网格划分。

网格划分决定了模型的节点
和单元数量，将直接影响分析的准确性和计算效率。

6.运行有限元分析。

使用有限元分析软件运行模型，计算出十字轴万
向节在加载条件下的应力、应变和变形等。

7.分析分析结果。

根据分析结果，评估十字轴万向节的性能和可靠性。

检查是否存在应力过高或变形过大的情况，并决定是否需要进一步改进设计。

需要注意的是，建模和有限元分析是一种模拟和预测方法，其准确性
取决于几个因素，如几何模型的精度、材料属性的准确性和加载条件的真
实性。

因此，在建模和分析过程中应谨慎选择合适的参数，并在可能的情
况下与实际测试结果进行验证。

本科学生毕业设计基于有限元分析的汽车万向传动装置设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程学生姓名：指导教师：职称：副教授The Graduation Design for Bachelor's DegreeThe Design of Automobile Universal Transmission Device Based on FiniteElement AnalysisCandidate: Chen BingSpecialty：Vehicle EngineeringClass：B07-1Supervisor：Associate Prof. Zhao YuyangHeilongjiang Institute of Technology摘要万向传动装置是汽车传动系中的重要总成，它直接与变速器和驱动桥相联系，用来实现对传动系的动力传递。

课题研究对象是后轮驱动广泛应用的十字轴式万向传动装置，主要零件包括传动轴、万向节、支撑装置等，这些关键零部件的设计对整个万向传动装置性能具有很大的影响。

本文主要是对汽车的十字轴式万向传动装置进行设计。

根据车辆使用条件和车辆参数，按照传动系统的设计步骤和要求，主要进行了以下工作：选择相关设计参数主要为：十字轴、万向节、传动轴、中间支承的参数确定，并进行了总成设计主要为：十字轴的设计，万向节的设计、传动轴的设计以及中间支承的设计等。

并通过有限元ANSYS软件对设计万向传动装置进行结构分析，根据分析结果对万向传动装置进行改进优化设计并得出合理的设计方案。

在传动轴的设计中采用有限元技术研究这些关键零部件的静力学特性，对其结构进行优化设计，可以大大缩短万向传动装置总成开发周期、降低开发费用，提高设计质量，保证其设计的精确性。

关键词：万向传动装置；十字轴；万向节；传动轴；有限元分析；优化设计ABSTRACTUniversal transmission is important in automobile transmission assembly, which directly linked to transmission and drive axle, used to achieve the transfer of the power transmission system. Research object is widely used in rear-wheel drive transmission cross shaft universal, the main parts including drive shafts, universal joints, support devices, the design of these key components for the universal transmission has a great influence on the performance .This article mainly is carries on the design to the automobile cross shaft type rotary transmission device. According to vehicles exploitation conditions and vehicles parameter, according to transmission system design procedure and request, Mainly has carried on following work:Mainly has carried on following work choice correlation design variable mainly is: Cross axle, universal joint, drive shaft, middle supporting parameter determination, and has carried on the unit design mainly is: Cross axle design, universal joint design, drive shaft design as well as middle supporting design and so on. And to designs the rotary transmission device through the finite element ANSYS software to carry on the structure analysis, Carries on the improvement design according to the analysis result to the rotary transmission device to obtain the reasonable design proposal. The propeller shaft of the design used in technical research on these crucial component element of statics. in its structural design and optimize can greatly shorten the automobile universal transmission device always into the development cycle and reduce the development costs and improve the quality of design to ensure the accuracy of its design.Key word:U niversal Transmission Device; Cross Axle; Universal Joint; Drive Shaft; Finite Element Analysis; Optimization Design第1章绪论1.1 课题研究的目的意义万向传动装置是汽车传动系中的重要总成，它直接与变速器和驱动桥相联系，用来实现对传动系的动力传递。

万方数据第３５卷第０２期十字轴式万向联轴器辊端叉头有限元分析５３模量Ｅ＝２×１０９Ｐａ；衬板使用材料为４２ＣｒＭｏ，弹性模盛Ｅ＝２×１０１１Ｐａ，泊松比／．ｔ＝０．３，屈服极限Ｏ＂ｓ＝５００ＭＰａ，切变模量Ｅ＝２×１０９Ｐａ。

用ＡＮＳＹＳ有限元软件通过找出关键点依次连接成线，再生成面，最后旋转生成体（图２）。

由于只对辊端叉头进行结构应力分析，因此在建模时可以对辊端叉头进行一定的简化处理，对一些相对细小且不影响整体的环节忽略。

在既保证计算精度又尽茸减少计算耗费的原则上，对模型做出如下简化：由于分析对象主要为叉头，辊端扁头只起到传递力的作用，所以其模型只建立与衬板接触的部分。

由于只起到联接作用、不传递载荷，所以分析时忽略掉衬板螺栓。

忽略部分倒角及圆角，闭合扁头和衬板之间的问隙，消除叉头的刚体位移。

对分析联轴器辊端叉头强度有影响的部分包括叉头、衬板、辊端扁头单独建立模型，各自相对独立，然后在各零件接触面上建立接触对，以模拟各零件间的相互作用即力的传递。

图ｌ辊端叉头图２叉头实体模型定义辊端叉头模型的单元类型为Ｓｏｌｉｄ４５号单元，选择四面体单元，采用自由网格划分，划分网格后创建的有限元模型如图３所示。

整个模型共划分单元９８２４３个，节点２０７０７个。

使用目标单元ＴＡＲＧＥ１７０和接触单元ＣＯＮＴＡｌ７３创建接触对（表１）。

Ｓｏｌｉｄ４５号单元为８节点体单元，每个节点有３个沿着髫、Ｙ、。

方向平移的自由度。

在３Ｄ情况下，目标面的形状可以通过三角面、【受Ｉ柱面、圆锥面和球面来描述。

所有这蝗目标嘶都叮以用ＴＡＲＧＥｌ７０来表示。

接触单元ＣＯＮＴＡｌ７３是三维面一面接触单元，是３Ｄ、４节点的低阶四边形单元。

目标单元ＴＡＲＧＥｌ７０是三维３节点日标单元。

接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元引３。

袭ｌ联轴器各零件接触关系接触对接触零件接触农呵ｌ叉头‘ｊ衬板叉头衬板椅侧【ｌｉｆ底ｍｉ‘ｊ村板外农面２轴端扁头‘Ｊ平衬板辊端扁头平丽‘ｊ村板内表ｌｌｉｉ３轴端扁头’ｊ圆衬板辊端翩头，１ＩＩｉ｝ｆ’ｊ衬板｜ＩＪｌ阿１．２施加载荷和约束１．２．１约束和定位分析时约束掉叉头十字轴孔表面舅、扎彳三个方向位移，约束掉辊端扁头与衬板内端面沿石方向位移，其余方向位移依靠与其他零件间的接触来约束。

EQ140十字轴断裂的有限元分析颜波（万向集团，浙江杭州311215）摘 要：EQ140十字轴式万向节的十字轴在特定区域经常出现断裂损坏现象。

本文基于有限元分析计算，分析研究了有可能导致十字轴断裂损坏的原因。

并对分析 计算结果和产品试验结果进行了比较。

结果比较表明，十字轴的有限元分析是实现结构强度设计的有效手段。

关键词：EQ140，十字轴，有限元分析1 前言十字轴式万向节是汽车上广泛采用的一种万向节形式。

在汽车传动系中，十字轴式万向节是一个明显的薄弱环节，因为十字轴承载较大，在结构上存在着应力集中的因素，而十字轴轴颈的尺寸又受到限制，在汽车运行中容易损坏。

EQ140十字轴式万向节的十字轴在使用中就经常出现断裂损坏现象，本文应用ANSYS有限元大型分析软件，模拟十字轴受扭矩载荷时的应力情况，结合产品试验情况，对产品结构尺寸进行改进，满足产品使用要求。

2 十字轴有限元模型的建立在模型建立过程中完全采用十字轴的设计尺寸和结构，因为许多小的圆角、倒角对十字轴强度影响较大，因此它们在模型建立时不能被简化掉。

对建立好的模型，采用实体单元SOLID45将整个模型离散化为73844个单元、15040个节点，材料属性选择弹性模量为2.1×105N/mm2、泊松比为0.3。

约束和载荷根据十字轴受力状况，将四个轴颈其中一对称轴颈施加X、Y、Z方向的全约束，另一对称轴颈施加扭矩载荷，载荷大小为2642N.M（额定载荷）。

如图1所示。

图1 几何模型和有限元模型3 有限元计算结果和产品试验结果比较图2所示为十字轴求解后的综合应力分布图，从图中可看到最大应力值在十字轴油嘴孔的边缘处，有应力集中产生，最大应力值为607.827MPa。

图3所示为十字轴抗扭强度试验产品失效照片，共两件试样，两件试样的失效部位也非常的明显，正好在油嘴孔处断裂。

比较计算结果和试验结果后，我们可以看到，有限元分析结果与十字轴产品实际断裂情况完全一致，有限元分析手段完全可以用来模拟十字轴抗扭强度试验。

基于有限元分析的万向联轴器十字轴优化设计作者：张向阳张显李友荣采用大型通用有限元分析软件ANSYS，在对某热轧厂1700mm轧机十字轴式万向联轴器的十字轴进行有限元分析的基础上，进行十字轴的三维实体优化分析，以满足其强度和刚度的要求.ANSYS 系统含有参数化设计语言(APDL)，它具有参数、数学函数、宏、判断分支及循环等高级语言要素，是一个理想的程序流程控制语言，很适合进行有限元计算和优化分析.有限元法与优化方法是工程分析中最主要的两个数学工具，将两者有机地结合起来，充分发挥有限元法数值计算的准确性及优化方法求极值的高效性，将在工程分析中发挥巨大的威力.1 十字轴的有限元分析计算十字轴式万向联轴器的主动轴及被动轴均通过其上的叉头经轴承向十字轴施加两对力，它们构成一对大小相等、方向相反的力偶(图1).这两对力偶矢量处于主动轴与被动轴所决定的平面内，如不计两轴倾角(很小，可忽略)，则构成两力偶的力均处于十字轴轴线平面内。

1.1 模型的建立由于十字轴的结构及负荷均对称于I-I和II-II两截面(图1)，故可从I-I及II-II两截面切开，以十字轴的1/4作为研究对象(图2).如图1所示，十字轴的各尺寸如下:L=865mm，A=327mm，B= 325mm，D = 242mm，H = 174mm，R=90mm，d=50mm，r=10mm.选用三维实体单位对十字轴进行网格划分，共划分为41 904个单元.有限元模型如图2所示。

1.2 约束边界条件在图2中，计算模型的两个45°方向的截面A、B以及Y=0平面均为十字轴结构及负荷的对称面.计算模型约束条件取为:在A、B两平面上Y=0的各节点X、Y、Z三向约束;在A、B两平面上Y≠0的各节点X、2两向约束，Y向自由.1.3 载荷施加如图3所示，载荷沿十字轴的轴向呈梯形分布;在XY平面内，十字轴外圆柱面的表面分布载荷，在圆弧上按余弦规律分布，且圆弧AB为120°。

汽车设计（基于UG的十字轴万向节设计）学院：交通运输与物流学院专业：交通运输班级： 12级交通运输*班姓名：学号： 2012*** 指导教师：李恩颖2015 年 6 月目录一、背景介绍┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1二、基本理论┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄31、万向节传动的基本理论┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3 （1）十字轴式万向节工作原理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 3 （2）十字轴式万向节传动的不等速特性┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 5 （3）十字轴式万向节传动的等速条件┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 62、十字轴万向传动轴的设计与计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄7 （1）传动载荷计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 7 （2）十字轴万向节设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 10 （3）设计结论┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 11三、基于UG的十字轴设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄13四、结论┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄26一、背景介绍万向节即万向接头，英文名称universal joint，是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的位置，它是汽车驱动系统的万向传动装置的“关节”部件。

万向节与传动轴组合，称为万向节传动装置。

在前置发动机后轮驱动的车辆上，万向节传动装置安装在变速器输出轴与驱动桥主减速器输入轴之间；而前置发动机前轮驱动的车辆省略了传动轴，万向节安装在既负责驱动又负责转向的前桥半轴与车轮之间。

万向节的结构和作用有点像人体四肢上的关节，它允许被连接的零件之间的夹角在一定范围内变化。

为满足动力传递、适应转向和汽车运行时所产生的上下跳动所造成的角度变化，前驱动汽车的驱动桥，半轴与轮轴之间常用万向节相连。

但由于受轴向尺寸的限制，要求偏角又比较大，单个的万向节不能使输出轴与轴入轴的瞬时角速度相等，容易造成振动，加剧部件的损坏，并产生很大的噪音，所以广泛采用各式各样的等速万向节。

十字轴三维建模1.建立直径57高87的圆柱1）单击圆柱命令，指定矢量（+Z），和起始点（0，-43.5,0）2）输出直径57，高度872. 在已有圆柱体的上下端面，建立直径51,高9圆柱体3.在上述阶梯轴的上下端面，建立直径45高30的圆柱体，得到如下模型4.插入-关联复制-实例特征-圆形阵列，选择所有已经建成的特征，确定，按图示设定阵列参数,确定，选择‘点和轴’，选择X轴，确定，得到如下模型5.倒斜角，4x46.倒圆角R25选择交叉的4条边，输出如图参数7.单击“孔命令，选择任意两个不平行端面圆的圆心，按图示设定参数后，确定8.对每个孔倒斜角，1x1，得到最后的十字轴模型万向节叉三维建模1.建立地面圆柱体直径165高20指定点为坐标原点，指定矢量为+Z2.拉伸耳环主体1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的YZ平面，进入草绘环境。

按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数后，单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图3.切除部分实体1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的XZ平面，进入草绘环境。

按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数（注：布尔运算，选择‘求差’），单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图4. 切除部分实体1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的XZ平面，进入草绘环境。

按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数（注：布尔运算，选择‘求差’），单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图5.切除棱角1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的耳环端面，进入草绘环境。

按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面2）按如下设置参数（注：布尔运算，选择‘无’），单击‘确定’，完成棱角主体的拉伸，如图3）镜像棱角插入-关联复制-镜像特征，选择建立的棱角特征，选择镜像平面为YZ平面，单击确定，如图4）布尔差，在耳环主体上切除两个棱角单击‘求差’命令，目标体为耳环主体，到具体为两个棱角体，单击确定6.建立法兰孔1）单击‘孔’命令，‘位置’-单击‘绘制截面’进入草绘环境，按二位图纸绘制八个孔的中心位置，在中心位置放置一个点，完成草绘。

万向联轴器的有限元分析the Finite Element Analysis of the Universal Coupling2013年7月摘要本文以一种应用于风力发电机上的联轴器——十字轴式万向联轴器为研究对象，以大型CAE软件——ANSYS为工具，研究分析了此种联轴器在动力学、静力学等方面的内容。

在静力学分析中，利用ANSYS软件的高级建模功能建立该联轴器的三维模型，施加适当的边界条件，采用Solid185单元离散联轴器的结构，建立了联轴器的有限元仿真分析的实体模型。

根据联轴器在危险工况下的受载情况对其进行了静强度分析。

最后求解获得其应力应变分布情况，同时对其进行了强度校核，结果证明十字轴式万向联轴器的设计是符合强度要求的。

关键词：联轴器；有限元；ANSYS目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1联轴器性能与功用 (1)1.2 联轴器分类 (1)1.3 万向联轴器的研究现状 (2)1.4本课题的研究意义 (4)第2章十字轴联轴器传动特性 (6)2.1 十字轴式万向联轴器 (6)2.1.1 十字轴式万向联轴器概述 (6)2.1.2 十字轴传动的优点 (6)2.1.3 十字轴万向联轴器结构特点 (7)2.2 课题研究对象 (8)2.2.1 问题的提出与研究方向 (8)2.2.2 CENTA—FH 型联轴器 (8)第3章联轴器有限元分析 (9)3.1 有限元模型的建立 (9)3.2 加载与计算 (11)3.3后处理 (13)第4章凸缘叉有限元分析 (18)4.1 有限元模型的建立 (18)4.2 加载与计算 (19)4.3后处理 (20)第5章结论 (26)参考文献 (27)第1章绪论1.1联轴器性能与功用联轴器是机械传动中的一种常用轴系部件，它的基本功用是联接两轴（有时也联接轴和其他回转零件），并传递运动和扭矩【1】。

联轴器是机械产品轴系传动中最常用的一种联接部件，应用范围涉及国民经济的各个领域，是品种多，量大面广的通用基础部件之一。

十字轴万向节从动节叉叉头应力有限元分析高文才;韩晓强;陈贵春【摘要】针对某混凝土搅拌运输车前桥双十字轴式万向节从动节叉叉头失效问题,结合有限元软件,计算了其最大理论扭矩和不同转向角下的应力及分布.计算表明:最大理论扭矩下,从动节叉叉头最大应力超出材料屈服极限;双十轴万向节中间节叉与从动节叉夹角不为零时,最大应力随从动节叉转动交替出现在两叉头与转向一致侧根部,其值呈正弦规律周期性变化,振幅随中间节叉与从动节叉夹角增大而增大.计算结果为双十字轴万向节的选型校核供了理论依据.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2018(031)006【总页数】4页(P7-9,13)【关键词】混凝土搅拌运输车;十字轴万向节;从动节叉;应力分析【作者】高文才;韩晓强;陈贵春【作者单位】神东煤炭集团机电管理部,陕西榆林719315;莱州亚通重型装备有限公司,山东莱州261400;莱州亚通重型装备有限公司,山东莱州261400【正文语种】中文【中图分类】U4630 引言当车辆采用前桥转向、四轮驱动行驶时，连接前轮及传动轴的万向节不仅要配合转向前桥转向油缸实现转向功能，而且需要传递驱动扭矩，实现四轮驱动。

因此前桥万向节一旦出现断裂失效等问题，将直接导致车辆无法行驶，对于工程车辆，前桥转向节出现问题将导致严重的后果。

因此在进行车辆设计时，转向节的选型核算是极为重要的一环。

笔者涉及的混凝土搅拌运输车为发动机前置，分时四驱。

在某矿采用四驱方式行驶时，前桥双十字轴万向节从动节叉叉头发生扭曲变形进而断裂的现象，为避免类似问题再次发生，笔者计算了混凝土搅拌运输车前桥采用的双十字轴万向节最大承载扭矩。

在此基础上，结合有限元法计算了断裂的双十字轴万向节从动节叉叉头的应力分布规律。

若在车辆设计阶段进行核算，可有效地避免事故的发生。

1 传动轴最大理论承载扭矩计算传动系统传递到传动轴的驱动力矩若大于地面附着力的阻力矩，驱动轮将出现打滑现象[1]，因此传动轴的最大驱动力矩设计为略小于或等于地面附着力的阻力矩。